Сварные конструкции (часть 1) (1085844), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

При v = 90° и а = 0 шов работает как лобовой и в 1,5 раза прочнее, чем фланговый. При у = 90° и а = 90° шов работает как тавровый и имеет прочность в 1,19 раза большую, чем фланговый. Меньшую прочность таврового углового шва по сравнению с лобо­вым можно объяснить неблагоприятным расположением плоскости концентратора, нормально ориентированной по отношению к на­грузке. Наибольшая плас­тичность (рис. 3.24, б) у фланговых швов, наимень­шая — в тавровом соеди­нении. Лобовой шов зани­мает промежуточное поло­жение.

Рис. 3.25. Разрушение сварных соединений с угловыми швами, прочность металла кото­рых существенно выше прочности основного металла, в зависимости от направления при­ложения нагрузки Р

На прочность угловых швов влияют размер ка­тета шва, коэффициент концентрации напряже­ний, вызванный не проваром, различие механиче­ских свойств металла шва

и основного металла.

Когда шов находится в пластичном состоянии, концентрация напря­жений в меньшей мере влияет на прочность. Поэтому увеличение катета шва, хотя и сопровождается ростом коэффициента концент­рации напряжений, тем не менее приводит к пропорциональному росту прочности. Повышение прочности может быть достигнуто увеличением глубины провара, что равносильно увеличению ка­тета шва. Прочность соединений повышают применением более проч­ных присадочных металлов. Когда металл шва существенно проч­нее основного металла, разрушение происходит по основному ме­таллу на границе сплавления со швом путем чистого среза в случае лобового шва и таврового соединения (рис. 3.25, а, б) или путём среза с отрывом при наличии нормальных напряжений в случае а - 45° (рис. 3.25, в).

Соединение из алюминиевого сплава АМг61 с угловыми швами также имеет различную прочность в зависимости от направления приложенной силы (табл. 3.3). Лобовые швы в 1,4—1,5 раза проч­нее, чем фланговые.

Зависимость прочности угловых швов от направления силы вы­зывается в основном различием в напряженном состоянии углового шва (преобладание среза или отрыва) и влиянием объемности науряженного состояния в случае отрыва, возникающего вследствие связи шва с основным металлом и невозможности по этой причине образования шейки. Вторая причина аналогична эффекту контакт­ного упрочнения, который наблюдается в стыковых сварных, соединениях, имеющих мягкую прослойку (см. § 3). При достаточной пластичности металла шва концентрация напряжений и объемность напряженного состояния способствуют повышению прочности угло­вого шва.

Таблица 3.3

Прочность угловых швов на сплаве AJVU61 с присадочной проволокой АМг61, МПа

Примечание. В числителе — разброс значений; в знаменателе —сред­ние арифметические.

§ 7. Прочность точечных сварных соединений

Точечные нахлесточные сварные соединения имеют, как указы­валось в гл. 2, крайне высокую концентрацию напряжений. Зазор между листами настолько мал, что по периметру литого ядра концентратор может рассматри­ваться как кольцевая трещина, охватывающая место сплавления.

Прочность точечных соедине­ний зависит от прочности метал­ла и диаметра точки. При кон­тактной сварке диаметр точки ^2С определяется толщиной свариваемых листов. В связи с более высокой концентрацией напря жений при работе точки на отрыв по сравнению с работой нa срез прочность зависит также от направления действия силы и чувствительности металла к концентрации напряжений.

жений при работе точки на отрыв по сравнению с работой нa срез прочность зависит также от направления действия силы и чувствительности металла к концентрации напряжений. Несущие точечные сварные соединения обычно применяют при работе на срез в листах относительно малой толщины из сравнительно плас­тичных металлов. При этом отрицательное влияние концентрации напряжений проявляется слабо и зависимость минимальной проч­ности точек на срез от предела прочности металла для сталей и

титановых сплавов прак­тически линейна (рис. 3.26). Прочность точек на срез у пластичных металлов может быть пропорциональна пло­щади среза, однако проч­ность точек на срез ча­ще выражают в зависи­мости от толщины ме­талла, так как диамет­ры точек находятся с ней в сложной зависи­мости (рис. 3.27).

Рис. 3.27. Зависимость мини­мальной прочности точки на срез от толщины листа при разных уровнях прочности

основного металла: слюмшшевые сплавы: 1 — σ_в < 130 МПа; 2 — σ_в = 130 ÷ 200 МПа; 3 — σ_в => = 200 ÷ 300 МПа: 4 ~ а_в >

> 320 МПа-, стали и титановые сплавы: 5 — а < 500 МПа; 6 — а_в = 500 ÷ 600 МПа: 7 — О_в = 600 ÷ 700 МПа: 8 — О_в = = 700 -f- 800 МПэ; 9 — а_в = 800 ÷ 900 МПа

Прочность точек на отрыв заметно уступает прочности на срез вследствие неблагоприятного расположения концентратора по от­ношению к направлению действия сил (рис. 3.28). Это видно из сравнения уровней минимальной прочности на отрыв и на срез для титанового сплава ОТ4, предел прочности которого составляет 700—900 МПа. Из рис. 3.28 видно также рассеяние прочности. вызванное различием диаметров точек при одной и той же толщие металла, а также непостоянством уровня прочности исходного металла.

Чувствительность металла к концентрации напряжений, факти­ческое соотношение между диаметром точки и толщиной металлапредопределяет характер разрушения точки. При высокой чувстви­тельности металла к концентрации напряжений и малом отноше­нии диаметра точки к толщине при работе точки на отрыв происхо­дит разрыв литого ядра по, плоскости листов. В благоприятных случаях при работе на отрыв про­исходит срез листа по пе­риметру точки при сохра­нении целым литого ядра на одной из половин об­разца. При работе на срез возможен любой из двух видов разрушения. Вырыв листа по периметру точки более благоприятен; это указывает на высокую прочность точки и относи­тельно малую чувствитель­ность металла к имеющейся концентрации напря­жений.

Рис. 3.28. Прочность точки в зависимости от толщины метал­ла при срезе Р_ср и при отрыве Рогр Для титановых сплавов ОТ4 (/) и ВТ1-2 (5); —средние зна­чения; -■ минимальные значе­ния

§ 8. Прочность паяных соединений

В § 8 гл. 2 были рассмотрены различные типы паяных соедине­ний и технологические методы их получения. Прочность паяных соединений зависит от сочетания механических свойств припоя и основного металла, от конструкции соединения (стыковое, косое, нахлесточное), от прочности связей между припоем и основным металлом, зависящей от их конкретного сочетания, а также от вида технологического процесса пайки и флюсов, от толщины слоя припоя, от соотношения площадей соединения и поперечного сечения соединяемых элементов. Последним фактором часто пользуются для получения равнопрочных с основным металлом соединений, если прочность припоя ниже прочности основного металла. На­пример, путем изменения угла или увеличения длины нахлестки в косых и нахлесточных соединениях можно повысить прочность соединения при недостаточной прочности металла припоя в шве. Благодаря малой толщине припоя и способности его во многих слу­чаях образовывать за счет диффузии новые сплавы или даже пол растворяться в основном металле имеются большие возмож­ности технологическими приемами регулировать прочность пая­ного соединения.

Влияние концентрации напряжений (см. § 19 гл. 2) на проч­ность паяных соединений зависит от вида нагрузки, свойств основного металла и припоя, конструкции соединения. В стыковых соединениях реализуется эффект контактного упрочнения (см. § 3); Концентрация касательных напряжений создает объемное напря­женное состояние, что при достаточной пластичности припоя при­водит к повышению прочности соединения и может рассматри­ваться как положительный эффект. На рис. 3.29 показана зависи­мость прочности стыкового паяного соединения из армко-железа

с пределом прочности σв= 340 МПа, паянного медью, от размера зазора. При срав­нительно тонкой прослойке (h≤0,3 мм) за счет контакт­ного упрочнения достигается равнопрочность. При даль­нейшем увеличении толщины прослойки прочность падает. В нахлесточных соединениях при статических нагрузках пластичность обычно приме­няемых припоев оказывается достаточной, чтобы воспри­нять концентрацию касатель­ных напряжений и сдвиговых

деформаций без разрушения спая при величине нахлестки, доста­точной для получения паяного соединения, равнопрочного основ­ному металлу. При дальнейшем увеличении длины нахлестки коэффициент концентрации сдвиговых деформаций растет, но умень­шается среднее касательное напряжение на единицу длины нахлест­ки, поскольку предельная нагрузка не может быть выше разруша­ющей нагрузки для сечения основного металла.

Для оценки свойств паяных соединений используют также ха­рактеристики вязкости (см. § 2), получаемые при ударном срезе,
изгибе и комбинированной нагрузке. Ударная вязкость, характе­ризующаяся работой разрушения паяного соединения, в основном
отражает свойства паяного шва, если он существенно уступает по
прочности основному металлу. Ударная вязкость дает представле­ние о пластических свойствах шва как такового и о влиянии тол­щины спая. При прочности шва, близкой к прочности основного
металла, в пластическую деформацию вовлекаются и участки основного металла. В этом случае ударная вязкость характеризует агре­гатную энергоемкость разрушения паяного соединения в целом и его чувствительности к концентрации напряжений при ударном нагружении. Чем выше вязкость, тем меньше чувствительность соединения к концентрации напряжений.

§ 9. Критерии оценки напряженно-деформированного состояния при концентрации напряжении

Разнообразные примеры распределения напряжений в сварных соединениях, которые дают представление о закономерностях концентрации напряжений, рассмотрены в гл. 2. В §2 настоящей главы рассмотрены стандартные методы определения свойств сварных соединений, в которых в основном используются образцы без острых надрезов. В ряде случаев необходимо оценивать сопротив­ляемость металла разрушению на образцах с острыми надрезами. Прежде чем излагать методы и характеристики оценки сопротивляе­мости металлов разрушению в присутствии концентратора, необходимо ознакомиться с критериями и понятиями, которыми при­нято описывать напряженно-деформированное состояние металла в таких случаях.

6} ' ■ .

Характеристики

Список файлов книги